Πρόγραμμα μαθημάτων θεωρίας Γενικής Εντομολογίας

Transcript

1 Γενική Εντομολογία Νικόλαος Παπαδόπουλος Καθηγητής, Εργαστήριο Εντομολογίας & Γεωργικής Ζωολογίας, Σχολή Γεωπονικών Επιστημών, Τμήμα Φυτικής Παραγωγής, Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Τηλ.:

2 Πρόγραμμα μαθημάτων θεωρίας Γενικής Εντομολογίας 19/02/14 Εισαγωγή στη Εντομολογία και τη σημασία των εντόμων 26/02/14 Εξωσκελετός, δερμάτιο και έκδυση 05/03/14 Ανατομία, πεπτικό σύστημα - 12/03/14 Κυκλοφορικό και αναπνευστικό σύστημα 19/03/14 Νευρικό και ενδοκρινές σύστημα Μυϊκό σύστημα 26/03/14 Αισθητήρια όργανα 02/04/14 Αναπαραγωγικό σύστημα και αναπαραγωγή 09/04/14 Ανάπτυξη εντόμων και βιολογικοί κύκλοι 30/04/14 Συστηματική και ταξινόμηση εντόμων Ι 07/05/14 Αμετάβολα και Ημιμετάβολα Έντομα 14/05/14 Ολομετάβολα έντομα 21/05/14 Σχέσεις εντόμων και φυτών ξενιστών 28/05/14 Οικολογία εντόμων 04/06/14 Εισαγωγή στις στρατηγικές και μεθόδους αντιμετώπισης εντόμων? Επαναληπτικό

3 Εσωτερικές δομές και όργανα

4 Λιπόσωμα γλυκογόνο τρεχαλόζη πρωτεΐνες Τροφοκύτταρα

5 Πεπτικό σύστημα Σιελογόνοι αδένες Πρόσθιο, μέσο και οπίσθιο έντερο Crop Valves Caecae Rectum Απεκκριτικό σύστημα Μαλπίγειανοι σωλήνες Επιθήλιο οπίσθιου εντέρου Έδρα

6 Κυκλοφορικό (ανοικτό) Αιμόκοιλο, αιμόλεμφος, αιμοκύτταρα, νωτιαίο αγγείο, Διαφράγματα

7 Αναπνευστικό σύστημα Στίγματα Τραχείες Τραχεΐδια

8 Κεντρικό νευρικό σύστημα Εγκέφαλος Υποοισοφαγικό γάγγλιο Κοιλιακή νευρική άλυσος Γάγγλια Αισθητήρια όργανα Αδένες Εγκεφαλικοί Corpus allatum Corpus cardiacum Προθωρακικοί αδένες

9 Αναπαραγωγικό σύστημα Εξωτερικά genitalia Φαλός Γονοπόρος Αιδιαγός, Παραμερή, Ωοθήκες Σπερμοθήκες Accessory glands Bursa copulatrix Αγωγοί Όρχεις Accessory glands Αγωγοί Σπερματοφόροι

10 Σύνοψη της σημερινής διάλεξης Νευρικό σύστημα Νευρώνας Γάγγλια Κεντρικό νευρικό σύστημα Σπλαχνικό νευρικό σύστημα Ενδοκρινές σύστημα εντόμων Λειτουργία του νευρικού συστήματος

11 Νευρικό σύστημα

12 Κεντρικό νευρικό σύστημα Εγκέφαλος Υποοισοφαγικό γάγγλιο Κοιλιακή νευρική άλυσος Γάγγλια Αισθητήρια όργανα Αδένες Εγκεφαλικοί Corpus allatum Corpus cardiacum Προθωρακικοί αδένες

13 Συγχρονισμός λειτουργιών και δραστηριοτήτων σε πολυκύτταρους οργανισμούς Περίπλοκες λειτουργίες και δραστηριότητες: Ανάπτυξη αύξηση Αναπαραγωγή Μετακίνηση Ομοιόσταση (Homeostasis) Υπολογίστε τα παρακάτω: Μερικές δραστηριότητες, ενώ άλλες. Επηρεάζουν λίγα συστήματα, επηρεάζουν πολλά συστήματα Απαιτούν γρήγορη αντίδραση, απαιτούν βραδεία αντίδραση

14 Ολοκληρωμένα συστήματα Συντονισμός κυττάρων, ιστών και οργάνων εντός του οργανισμού Περιλαμβάνει τα συστήματα Νευρικό Ενδοκρινές Κάποιο ρόλο πιθανόν να παίζει και το εξωκρινές σύστημα καθώς διαχειρίζεται στοιχεία του περιβάλλοντος που επηρεάζουν τη ζωή των εντόμων.

15 Νευρικό και Ενδοκρινές Τύπος κυττάρου Αντίδραση Διάρκεια Μετάδοση Ρύθμιση Νευρικό Νευρικά Άμεση Στιγμιαία Ανατομική Ακριβής Ενδοκρινές Ενδοκρινή αργή Παρατεταμένη Χημική διαχεόμενη

16 Νευρικό σύστημα Υποεγκεφαλικό γάγγλιο εγκέφαλος Υποοισοφαγικό γάγγλιο Θωρακικά γάγγλια Κοιλιακά γάγγλια Πρόσθιο γάγγλιο Κοιλιακή νευρική άλυσος

17 Ορμονικό σύστημα Ομοιόσταση Μεταβολισμός λιπών Χρήση πρωτεϊνών εγκέφαλος καρδιά Ρύθμιση σακχάρων αιμολέμφου Λιπώδες σώμα διούρηση Μαλπιγγειανοί σωλήνες αντιδιούρηση Ρύθμιση κίνησης Συμπεριφορά Ανάπτυξη μεταβολή χρώμα μαύρισμα έκδυση διάπαυση μετανάστευση σύζευξη ωοτοκία δερμάτιο

18 Δομή του νευρικού συστήματος (από το κύτταρο) Νευρικό κύτταρο ή νευρώνας Δενδρίτες Τύποι: Διπολικοί Μονοπολικοί Πυρήνας και περικάρυον Πολυπολικοί άξονας

19 Νευρώνες δομικές μονάδες του συστήματος α) Μονοπολικοί Κινητήριοι και ενδιάμεσοι άξονας α) μονοπολικοί δενδρίτης περικάρυο β) Διπολικοί αισθητήριοι γ) Πολυπολικοί Τυπικοί των σπονδυλωτών στα έντομα μόνο εσωτερικά τα αισθητήρια τάσης είναι πολυπολικά Συναπτική ένωση άξονας άξονας β) διπολικοί γ) πολυπολικοί νευρίτης περικάρυο δενδρίτης περικάρυο δενδρίτες

20 Βασική μονάδα του ΝΣ είναι τα νευρικά κύτταρα (νευρώνες) Νευρώνες Μονοπολικοί Διπολικοί Πολυπολικοί Συνάψεις Σημεία επαφής (επικοινωνίας) 2 νευρώνων. Ηλεκτρικός ηλεκτροχημικός τρόπος επικοινωνίας νευρώνων Ανάλογα με τη θέση τους σε σχέση με τη σύναψη: προσυναπτικοί μετασυναπτικοί νευρώνες Γάγγλια Κέντρα νευρώνων με ξεχωριστή ιστολογική μορφολογία και κατά κανόνα περίπλοκη δομή Νευροπύλη Περιοχή του γαγγλίου στην οποία παρατηρείται συνάθροιση συνάψεων

21 Δράσεις των νευρώνων: Δημιουργούν και αναπαράγουν δυναμικά σε αντίδραση ερεθισμάτων Παράγουν, μεταφέρουν στην άκρη των αξόνων και εκκρίνουν νευρομεταφορείς

22 Με βάση την κατεύθυνση του ερεθίσματος Αισθητήριοι (afferent) συνήθως διπολικοί Κινητήριοι (efferent) μονοπολικοί Ενδιάμεσοι (associative) διπολικοί Μπορεί να είναι διατμηματικοί και διακλαδιζόμενοι Με βάση τη μετασυναπτική δράση Διεγερτικοί γρήγοροι vs αργοί Ανασταλτικοί Με βάση τους νευρομεταφορείς Χολινεργικοί (Cholinergic (Ach) Αμινεργικοί (5-HT, dopamine, noradrenaline) Πεπτιδινεργικοί (διάφορα μικρά πεπτίδια) Γλουταμινεργικοί (L-glutamate) Κατάταξη νευρώνων ganglio n muscle CH 3 COOCH 2 CH 2 N + (CH 3 ) 3 sensory seta

23 Οργάνωση νευρώνων Γάγγλια Μέσα στο σώμα των αρθροπόδων οι νευρώνες δεν απαντώνται μεμονωμένοι ή τυχαία διασκορπισμένοι αλλά σε αλυσίδες από νευρώνες που αποκαλούνται γάγγλια τα οποία είναι συγκεντρωμένα σε δύο κύρια συστήματα: Κεντρικό νευρικό σύστημα Σπλαχνικό ή συμπαθητικό (visceral) νευρικό σύστημα Οισοφαγικό, κοιλιακό, ουριαίο Ελέγχει τις κινήσεις του πεπτικού συστήματος και κυρίως των νευρικών εκκρίσεων (neurosecretion). Περιφερειακό νευρικό σύστημα γάγγλια από το κεντρικό που καταλήγουν στα αισθητήρια όργανα.

24 Γάγγλια Συναθροίσεις νευρώνων Συνήθως σε κάθε τμήμα Ημί αυτόνομα Διάφορα επίπεδα: Νευρική lamella προστατευτικό κάλυμμα συνδετικού ιστού Περινέυριο διαχωρισμός αίματος/εγκεφάλου Περικάρυο κυτταρικό σώμα νευρώνων Νευροπύλη κεντρική περιοχή, περιοχή συναπτικών ενώσεων, κανάλια

25 Διαφορετικός βαθμός ένωσης των γαγγλίων στο κεντρικό νευρικό σύστημα εγκέφαλος Υποοισοφαγικό γάγγλιο Κολεόπτερα Κατσαρίδες Δίπτερα Scarabidae Θωρακικά γάγγλια Συνενωμένα θωρακικά και κοιλιακά γάγγλια Κοιλιακή νευρική άλυσος Νευρώνες Κοιλιακά γάγγλια

26 Νευρογλοιακά κύτταρα περικλείουν νευρώνες Προστατεύουν τον εγκέφαλο από άμεση επαφή με την αιμόλεμφο Συμβάλλουν στην ομοιόσταση των υγρών που περιβάλλουν τους νευρώνες Θρέψη νευρώνων Βοηθούν την επικοινωνία στις συνάψεις χωρίς προβλήματα και αξονική αγωγιμότητα Περιφερειακό νεύρο σύνδεση γάγγλιο Νευρική lamella perineurium νευρώνας Νευρογλοιακά κύτταρα συνάψεις άξονες

27 Σχηματική παράσταση εγκάρσιας τομής Νευρική lamella κοιλιακού γαγγλίου Νωτιαία Νευροπύλη Πυρήνες περινεύριων κυττάρων Δίοδος νεύρων Περικάρυα και νευρογλοιακά κύτταρα - glial cells Κοιλιακή Περικάρυα νευρώνων

28 Ενώσεις και ομάδες γαγγλίων Κεντρικό νευρικό σύστημα (CNS) Διπλή αλυσίδα γαγγλίων ενωμένων κατά μήκος και παραπλεύρως Σε ορισμένα έντομα (water strider, δίπτερα), τα κοιλιακά και τα θωρακικά γάγγλια μπορεί να έχουν ενωθεί σε ένα μεγάλο γάγγλιο Σπλαχνικό (VNS) Στοματογαστρικό νευρώνει το πρόσθιο και το μέσο έντερο Ουριαίο σπλαχνικό νεύρα από το τελευταίο γάγγλιο: νευρώνουν τα γενετικά όργανα και το οπίσθιο έντερο Περιφερειακό (PNS) Όλα τα εναπομείναντα νεύρα ξεκινώντας από το CNS και το VNS Τα νεύρα που ξεκινούν από το γάγγλιο ενός μεταμερούς νευρώνουν κατασκευές και ιστούς στο συγκεκριμένο μεταμερές

29 Οργάνωση κεντρικού νευρικού συστήματος CNS: εγκέφαλος κοιλιακή νευρική άλυσος γάγγλια Διαγαγγλιακές ενώσεις Εγκέφαλος και γάγγλια: Διαχειρίζονται τις πληροφορίες Νεύρα και συνδέσεις: Μεταδίδουν πληροφορίες

30 Εγκέφαλος ομματίδια Σύνθετος οφθαλμός Οπτικός λοβός Πρωτεγκέφαλοςprotocerebrum Προς κεραία Δευτεροεγκέφαλος - deutocerebrum Τριτεγκέφαλος - tritocerebrum Πρόσθιο γάγγλιο Υποοισοφαγικό γάγγλιο

31 Στοματογαστρικό νευρικό σύστημα Πρόσθιο γάγγλιο και συνδέεται με τον εγκέφαλο και άλλα μικρότερα γάγγλια στην κεφαλή Νευρώνουν την πεπτική κοιλότητα και το νευροεκκριτικό σύστημα, corpus cardiaca και corpus allata

32 Στοματογαστρικό Νευρικό σύστημα Σύνθετος οφθαλμός Corpus cardiacum Protocerebrum - πρωτεγκέφαλος Προς κεραία Απλός οφθαλμός Deutocerebrum - δευτεροεγκέφαλος Corpus allata Tritocerebrum - τριτεγκέφαλος Πρόσθιο γάγγλιο οισοφάγος Υποοισοφαγικό γάγγλιο

33 Το πρόσθιο τμήμα του CNS antennal nerve stalk to compound eye (cut) ocellus CNS Retrocerebral complex Stomatogastric Εγκέφαλος Πρόσθιο γάγλιο CC Υποεγκεφαλικό γάγγλιο οισοφάγος CA recurrent nerve Στομάχι Νευρώνει τα στοματικά μόρια φάρυγγας υποοισοφαγικό Προθωρακικό labral nerve mandibular nerve circumesophageal connective maxillary nerve labial nerve

34 Εγκέφαλος το πιο περίπλοκο Protocerebrum γάγγλιο Οπτικοί λοβοί: διαχειρίζονται οπτικές πληροφορίες Mushroom bodies: ρυθμίζουν περίπλοκες συμπεριφορές, εκμάθηση Central body: οπτική ανάλυση και ολοκλήρωση Deutocerebrum: οσμηρά ερεθίσματα Tritocerebrum: συνδέει το στοματογαστρικό σύστημα muschroom body

35 Ο εγκέφαλος των εντόμων Αμφίπλευρη συμμετρία, νωτιαία σε σχέση με το έντερο Circumesophageal ενώσεις του VNC Υπάρχουν τρία ενωμένα γάγγλια: 1. Tritocerebrum Νεύρα στο υποοισοφαγικό γάγγλιο (SOG), Στοματογαστρικό νευρικό σύστημα, και labrum 2. Deuterocerebrum Δέχεται νεύρα από τις κεραίες 3. Protocerebrum Μεγαλύτερα γάγγλια >100,000 νευρώνες Ιδιαίτερα περίπλοκο όργανο

36 Ο εγκέφαλος των εντόμων Οπτικοί λωβοί Corpus pedunculatum Νευροεκκριτικά κύτταρα, pars intercerebralis Κεντρική μάζα Deutocerebrum Tritocerebrum

37 Deuterocerebrum - δευτεροεγκέφαλος Antennal lobe Chemosensory Τροφή και άλλες ουσίες Σεξουαλικές φερομόνες, μακρομοριακά σύμπλοκα Antennal mechanosensory and motor center Glomeruli Κυπελλοειδείς κατασκευές από τελικά τμήματα αξόνων Ο αριθμός τους ποικίλει Μπορεί να είναι εξειδικευμένα ως προς την οσμή που αναγνωρίζουν Ομάδες ενδιάμεσων νευρώνων Τοπικοί Projection κατευθύνονται στα mushroom bodies και στα πλευρικά σημεία του προτεγκεφάλου Centrifugal, κυτταρικό σώμα και δενδρίτες βρίσκονται έξω από το glomeruli

38 Tritocerebrum - τριτεγκέφαλος Στέλνει νεύρα στο φάρυγγα και στο άνω χείλος και νευρώνει το στοματογαστρικό σύστημα Συνδέεται με το πρόσθιο γάγγλιο, το οποίο συνδέεται με το υπο-εγκεφαλικό γάγγλιο που στη συνέχεια νευρώνει τα corpora allata και corpora cardiaca Συνδέεται με το υποοισοφαγικό γάγγλιο (ένωση τριών γαγγλίων)

39 Δενδρίτης άξονας terminal arborizations Αισθητήριοι νευρώνες (afferent) Διπολικοί, λίγοι μονοπολικοί π.χ. αισθητήρια τάσης Κινητήριοι νευρώνες (efferent) περικάρυο μονοπολικοί Γρήγοροι, αργοί Νευρώνας L-glutamine Συνάψεις ACH acetylocholinesterase εντομοκτόνα Ενδιάμεσοι νευρώνες συνάπτουν όλους του τύπους νευρώνων internuncial axons, giant axons Νεύρα νευρική άλυσσος γάγγλια νευρική μεμβράνη lammella μη-κυτταρική περινεύριο νευρογλοιακά κύτταρα επιπλέον κυτταρικός χώρος νευροπύλη διεργασίες αξόνων και νευρογλοιακών κυττάρων Μετασυναπτικά διέγερση καταστολή

40 Φυσιολογία Νευρικού Συστήματος Αισθητήριο όργανο Ερέθισμα αλλαγή περατότητας μεμβράνης δενδρίτη αποπόλωση (δυναμικό δέκτη) δυναμικό έναρξης (μάλλον στο περικάρυο) μετάδοση νευρικού παλμού. Ενδογενής δραστηριότητα Ενέργεια ερεθίσματος μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια ηλεκτρικοί παλμοί ταξιδεύουν μέσω CNS συνδετικοί νευρώνες κινητήριοι νευρώνες όργανο

41 Μετάδοση ηλεκτρικού παλμού Δίοδος (αντλία, κανάλι) Νατρίου (Sodium channel) Χλωριωμένοι υδρογονάνθρακες (ομάδα του DDT), Πυρεθρίνες

42 Αλλαγή διαφοράς δυναμικού κατά μήκος της μεμβράνης Ενεργός μεταφορά ιόντων για αποκατάσταση ισορροπίας

43 Μετάδοση νευρικού παλμού στη σύναψη AchE υδρολύει την Ακετυλοχολίνη μετά τη μετάδοση του σήματος στη μετασυναπτική μεμβράνη OP (οργανοφωσφορικά), Ca (καρβαμιδικά) δεσμεύουν την AchE υπερδιέγερση Ανθεκτικά έντομα τροποποιημένη Ache Νευρομυϊκή σύναψη: glutamate

44 Ενδοκρινές σύστημα I Εκκρίσεις στην αιμόλεμφο Ορμόνες Ενδοκρινές Αιμόλεμφος Ανοιχτό κυκλοφορικό σύστημα Απομακρυσμένο κύτταρο στόχος Κύτταρα στόχοι έχουν ειδικούς υποδοχείς ορμόνης Σε κάποια συστήματα, τα κύτταρα στόχοι βρίσκονται κοντά σε εκκριτικά κύτταρα

45 Ενδοκρινές σύστημα II Τύποι κυττάρων και θέσεις Νευροεκκριτικά κύτταρα: pars intercerebralis, CC, SOG & άλλα κοιλιακά γάγγλια Ενδοκρινή κύτταρα: CC, CA, PG, ωοθήκες, μέσο έντερο Τύποι ορμονών Πεπτιδικές: proctolin, PTTH, EH, bursicon Στεροειδείς: ecdysteroids Νεανικές ορμόνες Λειτουργίες Ομοιόσταση - Homeostasis: Ισορροπία νερού, διουρητικές και αντιουρητικές ορμόνες Μεταβολισμός λιπιδίων, adipokinetic ορμόνη Ανάπτυξη Συμπεριφορά Για παράδειγμα: εύρεση ξενιστή

46 Νευροεκκριτικά κύτταρα Η δεύτερη ομάδα νευροεκκριτικών κυττάρων έχει διάφορη θέση στον εγκέφαλο (mnsc, lnsc). Μερικές φορές είναι στα corpora pedunculata και μερικές φορές μεταξύ αυτών και των οπτικών λοβών. Οι άξονες αυτών πηγαίνουν στα καρδιακά σώματα και τα corpora allata, μπορεί να συνδέονται και με τα κύτταρα pars intercerebralis

47 Νευροεκκριτικά κύτταρα Μερικά κύτταρα υπάρχουν σε άλλα γάγγλια της κοιλιακής νευρικής αλύσου (υποοισοφαγικό, κοιλιακά). Τα προϊόντα απελευθερώνονται σε διάφορα όργανα (CC, άξονες σχηματίζουν πλευρικά διάφορα περισπλαχνικά όργανα).

48 Ορμόνες που παράγονται από τα mnsc Προθωρακοτρόπος (prothoracicotropic) ορμόνη Ενεργοποιεί προθωρακικούς αδένες Αλλατοτρόπος (allatotropic) ορμόνη Ρυθμίζει δραστηριότητα corpora allata Μπουρσικόνη (bursicone) Περατότητα μεμβράνης αιμοκυττάρων και επιδερμικών κυττάρων για να περάσουν η τυροσίνη και η dopamine. Ενεργοποιεί τυροσινάση. Διουρητική ορμόνη Ορμόνες που εμπλέκονται στην ωοπαραγωγή, εναπόθεση ωών (μυοτροπική ορμόνη), δεκτικότητα στη σύζευξη Νευροεκκρίσεις που εμπλέκονται στην πρωτεϊνοσύνθεση

49 Εντομο Quiz! Το κεντρικό νευρικό σύστημα των εντόμων αποτελείται από τον εγκέφαλο και την κοιλιακή νευρική άλυσο όπου βρίσκονται πλήθος γαγγλίων. Σωστό Λάθος

50 Εντομο Quiz! Το νευρικό σύστημα των εντόμων λειτουργεί ανεξάρτητα από τα υπόλοιπα συστήματα. Σωστό Λάθος Το νευρικό σύστημα των εντόμων εξαρτάται άμεσα από το νευροεκκριτικό σύστημα και αλληλεπιδρά σχεδόν με όλα τα υπόλοιπα οργανικά συστήματα (μυϊκό, αναπαραγωγικό κ.λπ.)

51 Ερωτήσεις 1. Από ποια μέρη αποτελείται το νευρικό σύστημα των εντόμων; 2. Πως συνδέονται οι έννοιες γάγλια, συνάψεις και νευροπύλη. 3. Τι είναι τα γάγλια και τι τα νεύρα; 4. Από ποιά μέρη αποτελείται ο εγκέφαλος και ποια η λειτουργία τους 5. Ποιά είναι τα είδη των νευρικών κυττάρων και πως χαρακτηρίζονται με βάση τη λειτουργία τους; 6. Τι γνωρίζετε για το ενδοκρινές σύστημα και πως συνδέεται με το νευρικό 7. Πως γίνεται η μετάδοση των νευρικών ερεθισμάτων. 8. Τι γνωρίζετε για το κεντρικό και το σπλαχνικό νευρικό σύστημα 9. Ποιες είναι οι σημαντικότερες ορμόνες και ποιά η λειτουργία τους

52 Ερωτήσεις Ποιά είναι τα βασικά τμήματα του νευρικού συστήματος των εντόμων Ποιά η σχέση του νευρικού και του ενδοκρινούς συστήματος στα έντομα και ποιές λειτουργίες ελέγχουν Περιγράψτε το νευρικό κύτταρο, το γάγγλιο, τη σύναψη και τα νεύρα. Ποιά είναι τα σημαντικότερα τμήματα του εγκεφάλου και ποιές οι βασικές τους λειτουργίες Πώς γίνεται η μετάδοση των νευρικών ερεθισμάτων Ποιές είναι οι κατηγορίες των νευρικών κυττάρων, αναλύστε συνοπτικά Ποιά είναι τα σημαντικότερα νευροεκκριτικά κέντρα στα έντομα. Ποιά είναι τα νευρικά συστήματα των εντόμων και ποιές οι σημαντικότερες λειτουργίες τους.